【Cancer Cell】生物分子凝聚体与肿瘤（完整版）

摘要

癌变的特征是多种细胞过程的失调，这些过程一直是详细的遗传学、生物化学和结构学研究的主题，但直到最近，才有证据显示许多这些过程发生在生物分子凝结体的背景下。凝结体是无膜的团体，通常由液液相分离形成，将具有相关功能的蛋白质和RNA分子隔离开来。来自凝结体研究的新见解预示着我们对癌症细胞失调机制的理解将发生深刻的变化。在这里，我们总结生物分子凝结体的关键特征，指出它们已经被暗示（或很可能被暗示）在致癌发生中的作用，描述癌症治疗药物的药动学可能会受到凝结体的极大影响，并讨论一些必须解决的问题，以进一步提高我们对癌症的理解和治疗。

背景‍‍

数十年来对癌症病理生理学的研究表明，在恶性状态下，多种细胞过程都会失去调节。这包括基因组完整性的维持、染色质结构、转录、RNA加工、增殖信号等等。这些过程发生在细胞空间中，涉及蛋白质、DNA和RNA分子以空间和时间上的精确相互作用。这些细胞过程一直受到研究，对正常细胞和转化细胞的细胞调节机制有了深入的机理认识，并且提出了治疗假说，在医学上取得了进展。然而，最近的研究表明，大多数细胞过程都是以生物分子凝结体分隔开来的，这些凝结体具有物理化学性质，可以促进传统分子生物学预期之外的调节机制。这一新的认识促使我们和其他人检查凝结体生物学如何对致癌发生起作用，并考虑新的治疗假说，可能被利用来改善癌症患者的状况。

生物分子凝结体是无膜的细胞器，可以分隔和浓缩参与相似细胞过程的成分。与核、线粒体和高尔基体等传统的膜结合器官不同，这些结构不受脂质双层的约束，也不是细胞的构成稳定特征。相反，它们通常是通过相分离来可逆地和动态地形成的。生物相分离部分是由蛋白质和核酸聚合物之间弱的、多重的和动态的相互作用来调节的。在一定的浓度和亲和力阈值下，这些生物分子可以聚集成液体状的滴状，分隔和调节生物化学反应。最近表明，癌症中失去调节的许多细胞过程都发生在生物分子凝结体中。这促使研究人员开始询问致癌变化如何影响凝结体生物学，以及如何导致恶性状态。此外，最近有证据表明，凝结体会影响小分子药物的药动学行为，为治疗癌症提供了新的治疗方法。

在这篇综述中，我们总结了凝聚体研究如何深化我们对癌症的认识，从而产生新的治疗假设。我们调查了目前报道的大量细胞凝聚体，并总结了它们的共同特点。然后，我们讨论了凝聚体在恶性肿瘤中的多种变化方式，重点是凝聚体的物理化学特性如何导致细胞过程紊乱。凝聚体会影响抗肿瘤药物的药理学效应，我们建议如何利用这一点来开发新一代的癌症治疗手段。最后，我们指出未来研究的关键领域，并预测凝聚体将如何促进癌症生物学的新发现

生物分子凝聚体

细胞由各种膜包裹的分子器官（如核和线粒体）以及数十个分布在核和细胞质中的非膜凝集体（见图1）组成。传统的生化复合物具有定义的定量，而凝集体是由具有弱多价相互作用的生物分子组成的非定量聚集体，因此会形成一个持续与周围的大量相互交换的分子本地浓集。溶液中的聚合物的行为可以用简单的热力学模型来描述，这些模型可以解释凝集体及其组分的行为。弗洛里-休金斯理论描述了溶剂中聚合物的混合自由能，并且在解释这些行为方面很有用。在浓度和亲和力的阈值，聚合物之间的净吸引力会使其相分离成富含聚合物和缺乏聚合物的相。改变聚合物的结构或组成、聚合物之间的亲和力以及环境条件，都会改变凝集体形成的点；因此，轻微的扰动可能导致相分离系统中的基本变化。将这些原理应用于类似聚合物的生物分子及其由此产生的凝集体，可以帮助解释它们的功能行为以及它们在不同疾病状态中的功能失调。‍

图1. 细胞内生物分子凝聚体‍‍‍‍‍‍

蛋白质的内在无序蛋白质区域（IDRs），重复的短期聚合配体和核酸链都是观察到可以促进凝聚物形成的生物聚合物（图2A）。凝聚物的形成以及生物分子的选择性分区到凝聚物中，已经归因于特定的弱而动态的分子间相互作用，包括盐桥，π-π，π-阳离子和疏水性相互作用（图2B）。当聚合物的浓度和相互作用强度达到一个阈值时，有利于聚集的相互作用就会胜过相反的力量，从而形成凝聚物。生物分子凝集涉及多价相互作用，其中包括不定数量的组分，通过聚集自组装，这与形成具有定义的子单位数量的较小的化学式蛋白质复合物（如12亚基RNA聚合酶II复合物或病毒膜外蛋白）是不同的。据认为，生物分子凝聚通过液液相变或液固相变而产生。因此，凝聚物可以具有液体，凝胶或固体的性质，液体凝聚物可以“老化”，具有凝胶或固体的性质。这些特性可以产生具有各种形状，尺寸和行为的凝聚物。对这些无膜组装的经典参考使用了不同的描述性术语，如体，点，点，颗粒，包含物，聚集体等。这些组装可能都受到软物质物理学，化学和生物学领域正在强烈研究的物理化学特性的控制。

图2. 凝聚体内作用情况‍‍‍

凝聚物具有与周围环境不同的特性，可以产生新的功能。凝聚物可以将大量具有相关功能的生物分子分隔开，从而浓缩组分并加速生物化学反应。凝聚物可以局部化到细胞中的特定位置，例如，由与DNA序列或膜相互作用的组分锚定。凝聚物调节可以通过修饰组分的浓度或亲和力，以及通过它们的选择性分配来实现。凝聚物的属性有助于细胞功能的分隔，定位和调节，这些属性将在下文中进一步讨论。

分隔化

通过凝结物，细胞中50-100亿个蛋白质分子被组织成具有特定功能的不同细胞分子。比如转录和DNA损伤修复这类细胞过程，通常涉及到几十种不同的生物分子，它们必须具备时间和空间上的精确性。分隔使得高本地浓度的生物分子及其底物得以存在，而非功能相关的其他分子则被排除在外（图3A）。此外，凝结物是参与共享过程的因子的非守恒组装，因此，例如，基因启动子处的凝结物可以组装多个RNA聚合酶，从而产生转录的爆发。凝结物可以在短时间内形成和溶解，为细胞提供了一种在特定位置不再需要时将生物分子释放出去，用于其他地方的方式。凝结物中的分隔也有助于缓冲基因表达中内在的随机性，从而稳定细胞中蛋白质浓度。此外，凝结物可以组织成多个相互包裹的相，以实现空间-时间调控过程。例如，核小体由不同的液相组成，其中RNA聚合酶I和FIB1出现在更大的NPM1凝结物中，从而允许合成rRNA分子和抗体预组装的时空调控。‍

定位

凝结物通常包含能够将身体锚定到细胞中特定位置的组件。例如，核凝结物可以形成与结合特定DNA或RNA序列的蛋白质，而胞浆凝结物则可以在质膜上形成（图3B）。转录凝结物可以通过选择性转录因子（TF）结合而在特定的增强子和启动子元件上形成。TF是双功能蛋白，具有结构化的DNA结合结构域和IDR，可以与联合激活蛋白质凝结。增强子和启动子元件包含多个TF结合位点，从而使TF拥挤并促使TF和联合激活因子超过相分离的临界值。由于甲基化DNA由MeCP2和甲基化组蛋白H3K9由HP1蛋白结合，因此恒定性异染色质凝结物形成在甲基化的卫星重复序列处。类似地，由细胞表面信号受体结合的配体可以提高质膜上信号组分的浓度，从而刺激信号分子的凝结物的形成。

调控

可以从多个层面调节凝结物，因为任何改变影响形成、溶解、粘弹性和其他物理化学性质的特性都可以修改凝结物的功能（图3C）。我们在这里讨论了一些扮演着重要角色的特性来调节凝结物，如浓度、化学修饰、非编码RNA（ncRNA）和选择性分离，因为它们在癌细胞中已知或可能被紊乱。

生物分子的浓度是凝结物形成和溶解的关键参数。凝结发生在一个阈值浓度，可以通过增加生物合成、减少降解、转运到膜结合的小室中或结合具有多个结合位点的底物来实现。细胞分裂期间核膜的丢失降低了核成分的浓度，并与核凝结物的溶解有关。核膜重建时，核凝结物会重新形成，这可能部分是由于蛋白质转运到核内所带来的成分浓度提高。

化学修饰，如组蛋白的后修饰（PTM），改变了蛋白质的物理化学性质，从而改变与之相关的凝结物。染色质可以出现在分离的凝结物中，未修饰和修饰状态下的染色质行为提供了这种调节的一个例子。被抑制的基因通常与未乙酰化的核小体相关联，而活跃基因则与乙酰化的核小体相关联。这两种染色质被组织到核内的不同亚域中，它们非常紧凑但又能动态地被不同修饰酶和结合乙酰化核小体的蛋白质调节。重构的未修饰染色质可以由于组蛋白尾部的IDRs而进行液-液相分离，产生密集和动态的滴。BRD4是一种结合活跃基因上乙酰化核小体的蛋白质，由于BRD4的出现，乙酰化的染色质产生了不同的相分离状态，其中滴具有不同的物理性质。乙酰化染色质与未修饰染色质滴不再相容，模仿细胞中观察到的染色质亚域的分离。组蛋白尾部受到多种化学修饰，改变染色质的物理化学性质，因此每种修饰都有可能调节染色质凝结物的行为。

RNA分子在各种生物分子凝聚体中扮演着调节作用，包括核仁、转录凝聚体、共转录剪接凝聚体、核斑点、参斑点和应激颗粒。凝聚体由低亲和力分子相互作用组成，包括静电相互作用，RNA可以成为这些力量形成和维持凝聚体的有力调节者。细胞中表达的绝大多数ncRNA种类的功能尚不清楚，很可能会发现其中的许多种类在不同的凝聚体中发挥调节作用。

选择性地将生物分子分区到特定的凝聚体中，可以使功能相关的物质在恶性凝聚体中获得较高的局部浓度。在核内这两个分区之间，RNA聚合酶II在转录起始阶段被磷酸化，导致聚合酶在转录和剪接凝聚体之间进行切换，这说明IDR修饰可以改变宏分子的分区行为。

生物分子凝聚体失活与肿瘤

癌细胞获得了影响不同凝聚体介导的细胞过程的突变，包括转录、染色质结构、增殖信号和其他过程。对癌细胞中凝聚体的研究才刚刚起步，但已经有可以报告的功能失调的凝聚体的显著例子，而且已知的癌突变对调节性生物分子浓度和修饰的影响预测凝聚体失调是癌细胞的常见特征。

分隔化失调

癌细胞获得基因组变异，激活致癌基因并抑制肿瘤抑制基因。致癌基因激活和肿瘤抑制抑制都涉及可在恶性细胞中失去调节的凝结体分子结构（图4A和表1）。致癌基因激活常常通过超增强子的形成实现，超增强子是由异常高密度的转录成分占据的增强子簇，可以驱动基因的高水平表达。超增强子促进凝结体的形成，将集群的DNA元素聚集到无膜结构的分子结构中（图4A）。这些凝结体是由多个转录因子分子结合到基因调控元件上形成，其中转录因子激活域，其中大多数是IDRs，与转录共激活因子凝聚在一起。然后，这些分子结构可以招募数百分子的RNA聚合酶II来实现目标基因的转录。因此，致癌基因激活通常涉及凝聚体介导的分子结构，在驱动致癌基因处聚集高密度的转录机构。在癌细胞中已观察到许多组分受到这些转录凝聚体的影响，几乎可以肯定会导致凝聚体失去调节。这些突变改变了系列特异性主转录因子，MYC，信号转录因子，转录共因子和RNA聚合酶II本身的功能水平。

癌细胞测序已经揭示了反复出现的影响组蛋白及其调节蛋白的突变，这些突变可能会改变染色质凝集体的景观（图4B）。例如，肿瘤组蛋白H3K27M经常出现在儿童脑干胶质瘤中，将染色质景观从双价启动子的悬置状态转变为活性，从而导致基因表达失调。肿瘤组蛋白H3K36M在软骨母细胞瘤中反复出现，并驱动肉瘤的发展，它抑制组蛋白甲基转移酶的活性，并导致全基因表达的全局性变化。各种染色质调节因子，包括组蛋白修饰酶（写入者和擦除者）、选择性结合修饰组蛋白的蛋白（读者）以及参与核小体质量调节的蛋白，在特定癌症中出现突变。因此，改变染色质凝集体的肿瘤病变可能是癌细胞的一个常见主题。也观察到肿瘤抑制因子的凝集体分割出现失调的现象。肿瘤抑制因子SPOP（斑点类POZ蛋白）是一种E3酶，与各种实体肿瘤有关。SPOP以底物依赖性方式形成凝集体，而致癌突变SPOP使蛋白不能与其底物凝结，并降低其酶活性。类似地，肿瘤抑制因子早幼粒白血病蛋白（PML）形成的核体缺乏膜，被认为是生物分子凝集体。PML体细胞分割各种蛋白，包括p53和DNA修复因子，并在调节细胞功能方面发挥多种作用，包括细胞死亡和基因组稳定性。PML功能缺失突变与增加肿瘤形成和不良预后相关，而这些表型与PML体的改变相一致。这些改变可能会破坏PML体凝集体将客体分割开并降解致癌蛋白的能力。

凝聚体错误定位

癌细胞获得了几种不同类型的突变，改变转录凝集体定位，包括插入或删除（indels），易位和其他染色体重排。小indels已被证明在基因组位点上形成致癌超强激活子，这些位点通常不载有这些元素。在T细胞急性淋巴细胞白血病中TAL1基因附近经常出现的小indels形成了单个MYB转录因子的结合位点，其结合发现引发了大型超强激活子的形成，在这些细胞中驱动致癌的TAL1表达。单个转录因子分子能够引起数百个转录组件的异位形成，这种能力现在被理解为反映出相分离凝集体的阈值行为，其中单个转录因子结合位点的添加可以产生开关类似的效果。易位可以在白血病、淋巴瘤和固体肿瘤中产生恶性转化。这通常是通过将超强激活子与原癌基因放置在一起。在侵袭性B细胞淋巴瘤中，IgH超强激活子到MYC基因的易位是一种致癌事件，现在可以理解为将转录凝集体带到MYC基因（图4C）。染色体重排和易位也可能产生基因融合事件，影响凝集体错误定位。其中一个例子是致癌蛋白EWS-FLI，由RNA结合蛋白EWS的无序激活结构域和转录因子FLI1的DNA结合结构域组成。EWS-FLI已被证明可以形成凝集体样结构（或中心），促进与Ewing's肉瘤相关的基因的转录。不同的致癌易位将IDR与DNA结合结构域融合，无序区域促进转录凝集体形成的能力可能有助于这些融合致癌转录因子的致癌功能。

调控变化

任何包含在凝结物中的分子浓度的变化可能会改变该凝结物的行为。例如，致癌MYC蛋白在转化细胞中积累到非常高的水平——据估计，一些肿瘤细胞中含有500,000个MYC分子，而典型TF只有10,000个分子——MYC可能会改变这些细胞中的转录凝结物的行为（图4D）。PTMs可以改变染色质的凝结。染色质通过多种PTMs进行调控，癌细胞中有多种历久不衰的组蛋白修饰酶，组蛋白读取蛋白和核小体动力蛋白突变。例如，结合酰乙酸化组蛋白的溴基域和外端域蛋白BRD4在一些实体肿瘤中过表达（Filippakopoulos et al.，2010; Rhyasen et al.，2018）。虽然这些细胞中紊乱的转录可能仅仅是由于过量BRD4对基因组的典型结合所致，但有证据表明大量的BRD4分子可以组装成超增强转录凝结物，表明凝结物的改变正在发挥作用。ncRNA分子是研究得很深入的生物分子凝结物的组成部分，在其中具有多种调节作用。在癌细胞中，ncRNA过表达（MALAT1，HOTAIR，SRA，CCAT2，LincRNAROR，lncRNA-ATB，LncTCF7，SCHLAP1，treRNA，ZEB2-AS1，UCA1），欠表达（LET，DRAIC，EGOT，GAS5，MEG3，NBAT-1，NKILA，PCAT），以及转录后修饰。长非编码RNA（lncRNA）MALAT1的水平已被证明在肺癌、乳腺癌、宫颈癌、结肠癌、膀胱癌和肝癌中都有所升高，这种错误表达这些ncRNAs的细胞表现出各种紊乱功能，关于其作用机制的观点不一致，有时甚至相互矛盾。这些ncRNA的表达改变似乎可能会改变多种凝结物的行为。

重视凝聚体在致癌事件中的机制

使用凝缩模型重新检查控制细胞生长、分裂和运动的多样化信号通路中参与的机制(图5)，可能会带来新的见解和治疗方法。常见事件包括失控的信号传导、转录、DNA损伤、代谢、细胞相互作用、免疫机制、自噬和血管生成，我们在这里提供了一些可以考虑的新机制模型。癌症中的信号蛋白可能被过表达、突变或融合，导致信号通路的过度激活或抑制。许多与癌症相关的信号通路中的蛋白质已经被证明会形成凝缩，从而调节信号通路的输出。RAS激活发生在配体结合膜受体招募和修饰调节蛋白时，这些调节蛋白在细胞膜上形成凝缩，增加其“停留时间”和RAS活性。这些相同的调节蛋白凝缩也加速了肌动蛋白聚合的速度。依赖环磷酸腺苷(cAMP)的蛋白激酶A(PKA)经历着依赖cAMP的凝缩形成，从而分区它这个关键的信号分子，而PKA融合癌基因蛋白会禁用凝缩，导致异常信号。核信号蛋白，如Wnt、TGF-b和STAT与转录共激活因子凝缩，以激活靶基因，解释了其细胞类型特异性的影响。综上所述，一幅新的信号图景可能正在出现，其中，多样的信号蛋白通过形成不同的细胞分区来获得特异性，而这些分区在癌症中被破坏了。转录失控是癌细胞的一个共同特征，以及基因调控涉及转录凝缩形成的证据，应该引起对失控调节机制的新思考。例如，MYC的过表达是许多转移病变过程中的一个常见事件，可能会在致癌基因上产生更长久的转录凝缩。失控的增殖信号是肿瘤细胞的一般特征，最终信号通路的组分倾向于分区到超增强子相关的转录凝缩，这表明获得超增强子的致癌基因，如MYC，可以通过凝缩相关机制被有效地抑制失控的增殖信号。此外，MYC的过表达产生了广泛的细胞效应，包括染色质结构的改变、核糖体生物合成、代谢途径、细胞粘附、细胞尺寸、凋亡和血管生成等。这些细胞效应大多可能是MYC在活跃基因调控区域结合DNA的结果，从而放大转录输出。也可能是高水平的MYC干扰除转录以外的凝缩分子。DNA损伤反应充当癌变前细胞恶性转化的屏障。大多数癌细胞表现出DNA损伤反应的缺陷，而癌症治疗中使用的DNA损伤剂的药效受到细胞DNA修复能力的高度影响。抑制癌细胞中仍存在的功能性DNA修复途径的药物可以被用来有选择地杀死一些恶性细胞。最近的研究表明，DNA损伤反应因子和在DNA损伤位点产生的RNA促进了在修复位点的凝缩形成，并提出了选择性破坏这些凝缩可能产生治疗效益的假设。代谢重新编程是恶性的标志；癌细胞调整代谢和营养获取以支持生长和传播。肿瘤细胞所表现出的代谢表型，即瓦伦伯格效应，以高氧耗糖酵解率为特征，一直是癌症研究的特殊兴趣话题。现在认为，调节线粒体生物合成、代谢酶和小代谢物的转录调控因子以及代谢物现在可能都参与到生物分子凝缩中。调节线粒体生物合成和功能相关的转录网络的转录共激活因子PGC-1a的水平在多种癌症中被改变; PGC-1a已知与多种TF和转录共因子相互作用，而这现在被报道是通过以RNA为依据的方式与转录凝缩相互作用而实现的。参与碳水化合物、核苷酸、脂肪酸和氨基酸代谢途径的酶已被观察到参与多种凝缩。代谢物和细胞氧化还原状态已被证明对凝缩的形成和行为有影响。对癌症中失控的代谢过程的进一步见解几乎肯定会来自信号、转录和酶凝缩的研究。

癌细胞与细胞间相互作用的变化是肿瘤微环境的一个特征，也是肿瘤细胞转移性状态的特征。细胞外基质（ECM）参与这些相互作用，既为细胞提供物理支架，又促进对正常形态发生、分化和稳态所必需的生化和生物力学信号的反应。ECM动力学的失衡促进癌细胞增殖、细胞分化丧失、上皮-间质转化，以及癌细胞的浸润。ECM组分特有的多重相互作用可能参与到各种凝聚行为中。弹性蛋白是最为人所熟知的ECM蛋白，其多聚体的形成是由相分离开始的。还有一些蛋白被认为可以促进ECM动力学，并可能参与肿瘤过程；例如，在ECM肿瘤腔隙中聚集的由galectin-3粘附的糖基化分子被认为会发生相分离。更好地理解ECM中的凝聚组分及其调控可能为癌症提供新的治疗途径。先天性免疫反应作为致癌事件的传感器，可阻止恶性转化。由于肿瘤发生过程早期发生的基因组损伤，DNA片段转位到细胞质，提供了一种细胞“危险信号”。细胞质DNA感测及下游反应对抗肿瘤免疫反应至关重要，并且作为一种潜在的治疗机会，引起了人们的兴奋。现在，细胞质DNA传感器被认为是一种凝聚体，其形成是对这种细胞应激的反应。结合DNA后，cGAS形成细胞质凝聚体以产生cAMP，进而激活STING诱导细胞因子产生和适当的免疫反应。理解这种抗肿瘤过程是通过一种特殊的相分离小室发生，为新的药物学方法增强这一通路的活性提供了可能性。应考虑增强DNA感测凝聚体的形成或改善cGAS在其中的活性的策略。自噬维持正常细胞稳态，通过清除不稳定蛋白质和损坏的细胞器。这一过程的失衡有助于肿瘤的发生，一旦肿瘤形成，细胞成分（提供能量和大分子前体）的高速翻转需要自噬来维持肿瘤的生存和生长。因此，靶向自噬具有治疗肿瘤的希望。现在已经认识到凝聚体调节这一过程。修饰自噬前结构蛋白诱导质粒凝聚体的形成，与许多其他细胞凝聚体一样，自噬凝聚体被特定蛋白定位到真菌体上。更深入地了解自噬凝聚体的形成和功能，肯定会进一步阐明这一关键的细胞过程，并可能指导人们利用自噬进行治疗的努力。肿瘤通常具有不足的血管供应，导致缺氧和营养不良，这些环境条件会导致应激颗粒的组装。应激颗粒通过调节信号通路、改变细胞代谢和激活应激反应，在面对这些环境条件时促进高细胞增殖率。相分离被认为是应激颗粒形成的基础；在氧化或渗透应激时，细胞质RNA浓度的增加驱动了RNA结合蛋白（如FUS、hnRNPA1和G3BP1/2）的凝聚。应激颗粒将抗凋亡蛋白隔离在一起，并与抗癌药物的耐药性有关。理解应激颗粒是凝聚体可能揭示肿瘤细胞抵御细胞毒性刺激物的机制，并可能削弱肿瘤对其自身恶劣环境或抗肿瘤药物的应激颗粒凝聚。

癌症中凝聚体与药物作用

对于癌细胞中凝结体生物学的认识，为开发新的治疗假说提供了机会。现在有证据表明，一些药物可以通过与其靶向分子无关的物理化学相互作用而集中在特定的凝结体中。此外，一些药物似乎能够选择性地破坏凝结体，为模拟对疾病病理学有贡献的小室提供了机会。此外，抑制后翻译修饰酶的药物可以影响凝结体的行为，并可能被利用来改变聚集在凝结体中的致癌活性。

癌症药物在凝聚体内浓聚

教科书中的细胞图通常显示膜包裹的器官，暗示了一个否则的水环境，大分子和蛋白质可以自由扩散。传统的药理学研究通常不会评估药物在细胞内的分布。然而，最近的证据表明，药物在细胞内特定的非膜凝聚体中的分配可以在癌症中发挥作用（图6A和6B）。这一新的见解表明，药物可以被设计成集中在其靶点所在的特定细胞内小室中，从而提高其疗效指数。许多常用药物的靶点现在已经知道发生在凝聚体中，因此可以预计有效的药物可以进入这些小室来参与其靶点。药物可能会由于其对分室分子的选择性和亲和力而在凝聚体中聚集。我们现在知道，药物可以通过选择性分配而集中在其靶点所在的凝聚体中，而这与靶点参与无关，仅取决于药物的物理化学性质和凝聚体的物理化学性质。因此，药物分子可以利用凝聚体的特性，独立于那些支配靶点参与的特性，集中在与其靶点相同的小室中。

药物分配到特定凝聚体中可能会增强其药理学性质，事实上，有证据表明药物的疗效可以受到这种行为的影响。环磷酰胺是一种常用的抗肿瘤插层剂，其在转录凝聚体中可聚集高达600倍，其中它可以选择性地把这些凝聚体中包含的超增强DNA铂化。这个例子表明凝聚体分配可以增强药物的药理活性，但也说明它可以增强药物对靶点的特异性，否则它可能会参与更广泛的底物。由于一些最大的超增强子发生在驱动致癌基因上，因此环磷酰胺特别有效地抑制这些凝聚体中嵌入的致癌基因。

如果药物凝聚体分配特性对其疗效有作用，那么它们也可能在药物耐药性中发挥作用。他莫昔芬是治疗雌激素受体（ER）阳性乳腺癌的有效药物。他莫昔芬耐药可以由ER突变引起，这些突变降低药物亲和力和MED1过表达，直到最近还没有机制解释。ER在雌激素依赖性的情况下有选择地分配到转录凝聚体中，并被他莫昔芬赶出，他莫昔芬也有选择性地分配到转录凝聚体中，并与雌激素竞争结合。MED1过表达发现会导致转录凝聚体体积扩大，从而使他莫昔芬在凝聚体中稀释，使他莫昔芬更不能有效地将ER从凝聚体中驱逐出去。这些结果表明，凝聚体的改变可以导致癌细胞中药物耐药性。

改变凝聚物的药物

可以用小分子药物有选择性地破坏凝聚物，这为那些凝聚物贡献了致癌状态的癌症提出了新的治疗假说（图6C）。FUS和其他无序蛋白在多种癌症中常常是转录因子DNA结合域的转位伴侣，在关键的致癌基因处可能贡献分离的转录凝聚物。在家族性肌萎缩性侧索硬化症中，FUS的突变表现为累积的细胞质压力颗粒，其中包含FUS和其他蛋白质和RNA分子。一个针对能够有选择性影响压力颗粒形成的小分子的筛选发现，可以用硫辛酸独特地溶解细胞中的压力颗粒。这表明，特定的凝聚物可以对特定的小分子药物敏感，这为那些有失调凝聚物贡献疾病发病机制的癌症提供了新的治疗途径。IDR相互作用介导凝聚物形成，但长期以来都被认为是不可药性的。这种困难源于IDR缺乏稳定的二级和三级结构，通常被传统的药物化学方法所针对，而且与IDR结合的小分子通常结合力较低。尽管如此，最近的化学进展为药物IDR提供了机会，可能破坏特定的凝聚物。已经确定了能够靶向MYC IDR和转录启动复合物组件的小分子。可以用结合其IDR的小分子来破坏p27致癌基因与细胞周期机制的相互作用。学习如何设计药物，以便有选择性地浓缩在特定的凝聚物中，可能会弥补药物-IDR互作用的相对较低的亲和力。

通过抑制翻译后修饰调控凝聚物

凝聚体的形成、溶解和功能可以通过构成蛋白质的PTM来修改；催化这些修饰反应的酶是有吸引力的药物靶点（图6D）。DNA损伤修复需要不同效应蛋白的时间和空间协调，是一个有效的抗肿瘤靶点。DNA修复现在被认为是在特殊的凝聚体中发生，其形成依赖于蛋白质和DNA的多聚腺苷酸残基。PARP抑制阻止DNA修复凝聚体的形成，并减弱DNA损伤反应。不同的酶以功能性结果修饰DNA修复组分，这些影响DNA修复机制凝聚体的形成可能很适合治疗性发现。细胞周期相关凝聚体的形成和溶解可能现在可以考虑用于治疗发现。促使高保真有丝分裂的细胞过程是常见的有效抗肿瘤靶点。许多细胞凝聚体在有丝分裂期溶解，并在细胞分裂后通过DYRK3激酶活性重新形成。在化学抑制DYRK3的情况下，这些凝聚体无法溶解，导致有丝分裂缺陷。抑制调节细胞周期相关凝聚体形成和溶解的酶现在可以考虑用于治疗发现。

未来研究方向

凝聚体的调控与失调

癌症相关的突变是如何引发致癌态的，主要是由于突变对单个蛋白分子的结构区域的影响。理解蛋白质编码序列中的突变如何影响三维蛋白结构，为疾病的因果性和基于结构的药物化学方法提供了机制假说，并导致了有价值的治疗方法。然而，许多蛋白质包含缺乏定义、稳定三维结构的结构域，通常包含低氨基酸序列复杂性；实际上，超过1/3的蛋白质包含大于30个残基的IDRs。概念框架的出现以及新的实验方法来研究凝聚现象，为深入了解癌细胞失调状态和发现凝聚相关机制提供了机会，从而带来新的治疗假说。

药物设计与研发

根据细胞被划分为相分离的小区的新认识，不仅能集中细胞成分，也能集中治疗药物，这个认识为开发新的小分子治疗提出了几种可能的方法。通过高通量的凝胞体试验可以发现新的凝胞体干扰剂。由于这些区域调节凝胞体的形成，所以可以通过细胞和体外的小分子筛选来检测药物对它们的相互作用的影响。由于凝胞体可以通过荧光标记蛋白质来可视化，所以可以进行小分子筛选来发现影响凝胞体的药物，以此来治疗各种疾病。为了增强靶点的效应，降低非靶点效应，可以优化药物的分配到特定凝胞体的分布。虽然我们对蛋白质分化的理解仍在发展中，但理论上可以解读小分子——功能基团、极性、氢键供/受体计数等——负责小分子选择性划分到凝胞体的化学特征，并将这些特征设计到小分子中，从而实现凝胞体靶向，允许把药物分配或从特定细胞小区分离出来。根据细胞凝胞体的新出现的物理化学特性，可以开发用于治疗的新设计策略，其中一种可能的策略是双功能药物，由凝胞体地址模块和靶点结合分子组成。这种双功能药物可能允许产生更高的局部药物浓度，或者将一种蛋白质（如E3泛素连接酶）招募到凝胞体中，以引起其破坏。在药物设计中，运用凝胞体的特性作为指导原则，可能会使原先不可药物化的蛋白质（如调控因子MYC）也可以被药物治疗。通过利用药物可以选择性划分到特定凝胞体的特性，重新审视我们目前对药物机制的认识，可能会有助于未来药物开发。例如，用JQ1抑制BRD4共激活因子治疗多发性骨髓瘤细胞系会导致MYC表达的选择性消失，这是由大型超增强子驱动的。类似地，对各种癌细胞用THZ1抑制CDK7会产生选择性损失与癌细胞有重要作用的超增强子驱动型基因的表达。这些效应一直是谜团，因为BRD4和CDK7都与大多数活性基因相关，所以不清楚为什么具有大型超增强子的基因比其他基因更敏感。凝胞体研究提供了一个可能的解决方案。更大的转录凝胞体的半衰期更长，而JQ1和THZ1被浓缩到介导者凝胞体中，所以在致癌基因中药物的浓度就可以解释这些药物选择性作用的基因效应了。

耐药

随着不同癌症细胞抗药性状态的探索，几乎可以肯定的是还会出现与凝结相关的抗药机制。在前列腺癌中，强效雄激素受体（AR）治疗的临床使用导致了一种称为ARL/负性CRPC（抗睾丸切除癌）的抗睾丸切除癌出现。这种癌症产生丰富的AR mRNA但AR蛋白质缺乏，因此无法被激素治疗靶向，导致预后欠佳。在ARL/负性CRPC细胞中，RNA结合蛋白DDX3表达高，结合AR mRNA，并将其置于细胞质应激颗粒凝结物中，从而限制其翻译。发现抑制DDX3足以恢复AR蛋白质表达和对AR信号抑制剂的敏感性。改善对这些机制的理解应该会导致更有效的策略来最小化药物耐药性，以造福患者。

文章来源:https://doi.org/10.1016/j.ccell.2020.12.003